JP2005231102A - 注型システムおよびその注型品 - Google Patents

Abstract

【課題】 エポキシ樹脂を加熱硬化させる温度と硬化時間を改善する。
【解決手段】 エポキシ樹脂の温度と硬化時間との関係に基づいて、金型１０の温度と硬化時間とを制御する注型条件制御部５と、前記金型１０を開閉する開閉装置を制御する金型制御部４と、前記金型１０の温度を測定するセンサ部１１とを備え、前記注型条件制御部５からの制御信号で前記金型１０を所定の温度に加熱後、前記金型制御部４からの制御信号で前記金型１０を閉鎖し、次いで、前記エポキシ樹脂を前記金型１０内に注入後、前記センサ部１１で前記金型１０の温度を所定の時間間隔で測定し、測定した温度における硬化時間を算出し、その硬化時間が離型可能時間に達すると、前記金型１０を開放させることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エポキシ樹脂のような絶縁材料を金型で注型するときの硬化時間を改善し得る注型システムおよびその注型品に関する。

従来のこの種のエポキシ樹脂を注型する注型装置は、所定の注型品形状を得る分割された金型、この金型内にエポキシ樹脂を注入する材料タンク、および金型を閉鎖、開放する開閉装置で構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

そして、注型品を注型するには、分割された金型をそれぞれ開閉装置の固定側と可動側とに固定し、所定の温度に加熱する。加熱した金型の温度が充分に安定すれば、金型を開閉装置で強固に閉鎖し、金型内を真空引きして材料タンクからエポキシ樹脂を注入する。金型内にエポキシ樹脂が充填されると、樹脂に所定の圧力を加えた状態を保って所定の硬化時間を与える。高速注型では、エポキシ樹脂の温度を４０〜６０℃の低温に設定し、金型温度を１２０℃以上の高温に設定することにより、硬化時間を２０〜６０分の短時間にすることができる。そして、エポキシ樹脂が硬化すると、開閉装置を開放して離型し、所定の形状の注型品が得られる。
特開２００１−３８７４４号公報 （第３ページ、図２）

上記の従来の注型においては、次のような問題がある。
金型内に充填されたエポキシ樹脂は、この樹脂よりも高温の金型からの熱伝達を受けて硬化を始める。硬化が始まるとエポキシ樹脂自体からも硬化発熱が起こり、その後、金型内のエポキシ樹脂全体が硬化する。この場合、金型の温度とその硬化時間とは、エポキシ樹脂の種類によって予め所定の温度と硬化時間とが定められている。

しかしながら、例えば昼夜、更には夏冬で金型を取り巻く周囲環境が異なり、金型の温度が変動することがある。金型が所定の温度よりも高くなると、金型内にエポキシ樹脂が拘束されたまま硬化収縮が進行し、残留ひずみを生じてクラックを発生することがある。逆に、金型が所定の温度よりも低くなると、離型時に充分な強度を確保することができず、導体などインサート部材との剥離を生じることがある。

これらのことを防ぐには、金型の温度もしくは硬化時間を制御すればよいが、それぞれを周囲環境の変化によって頻繁に制御することは作業が煩雑であった。特に、高速注型では、硬化時間が短時間で、更に金型が高温であるので、金型の温度と硬化時間とを短時間で所定値にすることは困難であった。このため、金型を開放する直前まで、金型の温度に適する硬化時間が得られることが望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、金型の温度に適する硬化時間が得られる注型システムおよびその注型品を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の注型システムは、エポキシ樹脂の温度と硬化時間との関係に基づいて、金型の温度と硬化時間とを制御する注型条件制御部と、前記金型を開閉する開閉装置を制御する金型制御部と、前記金型の温度を測定するセンサ部とを備え、前記注型条件制御部からの制御信号で前記金型を所定の温度に加熱後、前記金型制御部からの制御信号で前記金型を閉鎖し、次いで、前記金型制御部からの制御信号で前記エポキシ樹脂を前記金型内に注入後、前記センサ部で前記金型の温度を所定の時間間隔で測定し、測定した温度における硬化時間を前記注型条件制御部で算出し、その硬化時間が離型可能時間に達すると、前記金型制御部からの制御信号で前記金型を開放させることを特徴とする。

本発明によれば、金型の温度を所定の時間間隔で測定し、測定された温度に適するエポキシ樹脂の硬化時間を算出し、硬化時間が離型可能時間に達すると金型を開放するようにしているので、残留ひずみが小さく、また導体などインサート部材との接着が強固な注型品を得ることができる。

以下、本発明による注型システムを図面を参照して説明する。

本発明の実施例に係る注型システムを図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明の実施例に係る注型システムの構成を示す図、図２は、本発明の実施例に係る金型部の構成を示す図、図３は、本発明の実施例に係る硬化時間と金型の温度との関係を説明する図である。

図１に示すように、注型システムは、注型条件を制御する中央制御室に設置された主制御部１、主制御部１からの制御信号で複数の金型の注型条件を制御する作業エリアに設置された個別制御部２、この個別制御部２に近接して設置された金型部３から構成されている。

主制御部１には、金型の開閉、真空引き、材料注入などを制御する金型制御部４、金型の温度や硬化時間を制御する注型条件制御部５、エポキシ樹脂がゲル化を始めて硬化する時間と温度との関係が入力されたゲル化制御部６が設けられている。また、これらの制御部４、５、６の制御信号を例えばケーブルで送受信する送受信部７が設けられている。

個別制御部２には、主制御部１の送受信部７からの制御信号を送受信する送受信部８、主制御部１の注型条件に沿って金型部３を制御する注型条件設定部９が設けられている。この個別制御部２は、複数の金型部３単位に設けることができる。

金型部３には、注型品を注型する金型装置１０、金型の温度や真空度などを測定するセンサ部１１が設けられている。

次に、金型部３を図２を参照して説明する。図２に示すように、図示左右に分割された金型２０ａ、２０ｂには、それぞれキャビティー２１ａ、２１ｂが設けられ、また、この金型２０ａ、２０ｂは、ヒータ２２ａ、２２ｂを埋め込んだ熱板２３ａ、２３ｂにそれぞれ固定されている。一方の熱板２３ａは金型２０ａ、２０ｂを開閉する開閉装置の固定部材２４に固定され、また他方の熱板２３ｂは可動部材２５に固定されている。可動部材２５には、熱板２３ｂを図示左右方向に移動自在に移動させる油圧モータ２６が設けられている。

金型２０ａ、２０ｂには、この金型２０ａ、２０ｂが閉鎖したときに、キャビティー２１ａ、２１ｂ内を真空引きする排気管２７が真空ポンプ２８を介して取付けられている。また、キャビティー２１ａ、２１ｂ内にエポキシ樹脂を注入する注入管２９が、材料注入モータ３０を介して材料タンク３１に接続されている。注入管２９は、金型２０ａ、２０ｂが閉鎖したときには、この金型２０ａ、２０ｂと密接するように図示上方方向に移動し、キャビティー２１ａ、２１ｂ内にエポキシ樹脂を注入できるようになっている。また、エポキシ樹脂が硬化して金型２０ａ、２０ｂを開放させるときには、図示下方方向に移動し、金型２０ａ、２０ｂと開離するようになっている。

また、ヒータ２２ａ、２２ｂ、油圧モータ２６、真空ポンプ２８および材料注入モータ３０には、それぞれ温度センサ３２、油圧モータ２６の圧力センサ３３、材料注入モータ３０の圧力センサ３４および真空度センサ３５が設けられている。

次に、ゲル化制御部６には、図３に示すように、複数のエポキシ樹脂Ａ、Ｂ、Ｃがゲル化して硬化する硬化時間ｈとその温度、即ち金型２０ａ、２０ｂの温度ｔとの関係を求めたデータを有している。例えば、樹脂Ａでは、温度ｔ＝１２０℃のときには硬化時間ｈ＝３０分で硬化するが、これよりも高温の温度ｔ＝１２５℃のときには硬化時間ｈ＝２０分となり、また低温の温度ｔ＝１１５℃のときには硬化時間ｈ＝５０分となる。これらの硬化時間ｈは、金型２０ａ、２０内から注型品を取り出すことのできる離型可能時間となる。

そして、注型品を注型するには、主制御部１の注型条件制御部５に使用するエポキシ樹脂の種類を入力する。これにより、ゲル化制御部６のデータから金型２０ａ、２０ｂの温度や硬化時間が算出される。また、金型制御部４には、金型２０ａ、２０ｂを閉鎖する加圧力、真空度、材料の加圧力を入力する。これらの注型条件は、送受信部７から個別制御部２の送受信部８に送信され、注型条件設定部９に入力される。

注型条件設定部９では、受信した注型条件に基づき、先ず、金型２０ａ、２０ｂの温度が所定値になるようヒータ２２ａ、２２ｂを動作させる。次いで、油圧モータ２６を動作させ、金型２０ａ、２０ｂを強固に閉鎖する。閉鎖後には、注入管２９を金型２０ａ、２０ｂに密接させ、真空ポンプ２８を動作させて金型２０ａ、２０ｂ内を真空引きする。そして、金型２０ａ、２０ｂ内が例えば７ｈＰａの所定の真空度に達すると、その真空度を保持して材料注入モータ３０を動作させ、キャビティー２１ａ、２１ｂ内に例えば温度５０℃に保温したエポキシ樹脂を充填し、例えば０．２ＭＰａの所定の圧力でエポキシ樹脂を加圧する。

また、注型条件設定部９は、実際の金型２０ａ、２０ｂの温度を温度センサ３２で測定し、その温度ｔ１を注型条件制御部５に送信する。注型条件制御部５では、受信した温度ｔ１に基づき、ゲル化制御部６から図３の硬化時間ｈと温度ｔとのデータを呼び出し、最適な硬化時間ｈ１を算出する。これは、時々刻々と変化する金型２０ａ、２０ｂの温度ｔ１に対して、例えば１分間間隔のような所定の時間間隔で算出される。そして、離型可能の直前まで行われ、この直前での温度ｔｎに対する硬化時間ｈｎ、即ち、離型可能時間が算出される。

離型可能時間に達すると、金型制御部４から金型２０ａ、２０ｂを開放する制御信号を発信し、材料注入モータ３０を動作させ、エポキシ樹脂の加圧を解除する。また、注入管２９を金型２０ａ、２０ｂから離れるように後退させた後、油圧モータ２６を動作させて金型２０ａ、２０ｂを開放する。

これにより、注型品は、使用したエポキシ樹脂に適した温度による硬化時間で硬化するので、エポキシ樹脂の硬化収縮時の残留ひずみが小さく、また、導体などインサート部材との接着が強固となる。

ここで、金型２０ａ、２０ｂの温度が周囲環境の変化で変動した場合、金型２０ａ、２０ｂを開放する直前までヒータ２２ａ、２２ｂを制御する方法がある。しかしながら、この方法によると、ヒータ２２ａ、２２ｂの近傍部と遠隔部とでは、金型２０ａ、２０ｂの温度分布が微妙に異なり、それに伴って注型品の硬化バランスが崩れることがある。このため、エポキシ樹脂を金型２０ａ、２０ｂ内に充填した直後では、ヒータ２２ａ、２２ｂを制御してもよいが、離型可能時間の直前では、硬化時間を制御するようになっている。

即ち、離型可能時間の８０〜９０％に達した以降では、金型２０ａ、２０ｂの温度に適する硬化時間を与えるように制御している。特に、高速注型では、硬化時間が短時間であるので、温度変化も僅かであり、この温度変化に合わせて硬化時間を僅かな幅で制御することが好ましい。なお、ヒータ２２ａ、２２ｂの制御が離型可能時間の９０％以上では、離型可能時間に達したときの金型２０ａ、２０ｂの温度分布が均一になり難く、また、８０％以下では、金型２０ａ、２０ｂの温度の低下が大きくなるので硬化時間が長くなり好ましくない。

また、複数設置した金型部３で異なるエポキシ樹脂を用いても、それぞれの金型２０ａ、２０ｂの温度を所定の時間間隔で測定し、その温度と使用するエポキシ樹脂の硬化時間とから、それぞれの金型２０ａ、２０ｂにおいて、適する硬化時間を算出すれば残留ひずみが小さく、インサート部材が強固に接着した注型品を得ることができる。特に、ガラス転移温度ＴｇがＴｇ＝１１０〜１５０℃のエポキシ樹脂においては、数種類の充填材を配合しているので、金型２０ａ、２０ｂの温度に敏感に反応し、硬化収縮時における温度分布が残留ひずみに与える影響が大きい。

なお、油圧モータ２６、真空ポンプ２８および材料注入モータ３０の圧力や真空度は、それぞれのセンサ３３、３４、３５で測定されており、所定の圧力や真空度に達しない場合には、それぞれの部位でアラームを発するようになっている。そして、所定値に達しない要因を取り除けば、注型が再開できるようになっている。

上記実施例の注型システムによれば、エポキシ樹脂の温度と硬化時間との関係を求めたデータを有し、金型２０ａ、２０ｂの温度を所定の時間間隔で測定してその温度に適する硬化時間を算出し、その硬化時間が離型可能時間に達すると金型２０ａ、２０ｂを開放するようにしているので、残留ひずみが小さく、また導体などインサート部材との接着が強固な注型品を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。上記実施例では、個別制御部２を金型部３に近接設置して説明したが、この個別制御部２を主制御部１内に構成させ、直接、主制御部１で金型部３を制御する注型システムとしてもよい。

本発明の実施例に係る注型システムの構成を示す図。 本発明の実施例に係る金型部の構成を示す図。 本発明の実施例に係る硬化時間と金型の温度との関係を説明する図。

符号の説明

１ 主制御部
２ 個別制御部
３ 金型部
４ 金型制御部
５ 注型条件制御部
６ ゲル化制御部
７、８ 送受信部
９ 注型条件設定部
１０ 金型装置
１１ センサ部
２０ａ、２０ｂ 金型
２１ａ、２１ｂ キャビティー
２２ａ、２２ｂ ヒータ
２３ａ、２３ｂ 熱板
２４ 固定部材
２５ 可動部材
２６ 油圧モータ
２７ 排気管
２８ 真空ポンプ
２９ 注入管
３０ 材料注入モータ
３１ 材料タンク
３２ 温度センサ
３３、３４ 圧力センサ
３５ 真空度センサ

Claims (4)

1. エポキシ樹脂の温度と硬化時間との関係に基づいて、金型の温度と硬化時間とを制御する注型条件制御部と、
   前記金型を開閉する開閉装置を制御する金型制御部と、
   前記金型の温度を測定するセンサ部とを備え、
   前記注型条件制御部からの制御信号で前記金型を所定の温度に加熱後、前記金型制御部からの制御信号で前記金型を閉鎖し、
   次いで、前記金型制御部からの制御信号で前記エポキシ樹脂を前記金型内に注入後、前記センサ部で前記金型の温度を所定の時間間隔で測定し、
   測定した温度における硬化時間を前記注型条件制御部で算出し、
   その硬化時間が離型可能時間に達すると、前記金型制御部からの制御信号で前記金型を開放させることを特徴とする注型システム。
2. 前記注型条件制御部は、前記離型可能時間の８０〜９０％に達すると、前記硬化時間を制御することを特徴とする請求項１に記載の注型システム。
3. 前記エポキシ樹脂のガラス転移温度Ｔｇは、Ｔｇ＝１１０〜１５０℃であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の注型システム。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の注型システムで注型されることを特徴とする注型品。

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